Применение иммобилизованных ферментов

 

Иммобилизованные ферменты можно использовать, главным образом, в трех направлениях: для анализа различных веществ, в качестве лечебных средств и биокатализаторов для использования в биотехнологических производствах.

Для анализа различных веществ применяют два вида устройств с иммобилизованными ферментами - ферментные электроды и автоматические анализаторы.

Ферментный электрод - это датчик, способный генерировать электрический потенциал в результате реакции, катализируемой иммобилизованным ферментом, присоединенным к поверхности самого датчика или находящимся вокруг него. Известны ферментные электроды для определения в растворе концентраций глюкозы (с иммобилизованной глюкозооксидазой), этанола (с иммобилизованной алкогольдегидрогеназой) и др. При определении глюкозы фермент, включенный в ПААГ, катализирует удаление кислорода из раствора со скоростью, зависящей от концентрации глюкозы. Метод высокоспецифичен и позволяет работать с непрозрачными растворами и взвесями. При определении этанола ферментом регистрируются протоны, образующиеся при восстановлении НАД. Их количество пропорционально концентрации спирта.

Возможность практического использования ферментного электрода зависит от 4-х факторов: чувствительность, стабильность, быстрота ответной реакции и стоимость.

Использование иммобилизованных ферментов в автоматическом анализаторе позволяет проводить многократный анализ проб малого объема и непрерывную регистрацию показаний потока жидкостей большого объема.

Ферменты используют в качестве лечебных средств либо в том случае, когда он отсутствует в тканях, вследствие генетических или других нарушений, либо в качестве агентов, разрушающих нежелательные компоненты, например, мочевину. Использование чужеродных (бактериальных) ферментов зачастую нежелательно, вследствие того, что они могут стать причиной аллергических реакций и, кроме того, они крайне неустойчивы. Иммобилизация позволяет обойти эти барьеры, так как она повышает стабильность фермента и препятствует его взаимодействию с иммунной системой макроорганизма. Например, в аппарате "искусственная почка", предназначенном для освобождения крови от различных шлаков, в том числе и мочевины, путем ультрафильтрации, используется колонка с иммобилизованной уреазой.

Ферменты применяют в лечебных целях и тогда, когда они необходимы, но по причине различных патологических процессов отсутствуют. Так, для растворения кровяных тромбов вводят иммобилизованную стрептокиназу.

В различных производствах широко используются в иммобилизованном виде препараты следующих ферментов:
- амилаза для получения глюкозного сиропа из крахмала;
глюкоизомераза для изомеризации глюкозы во фруктозу. Применяется в бумажной, текстильной, химической и фармацевтической промышленности, а также для обработки сточных вод. В Японии производится с 1966 г., в США - с 1974г.
- пектинметилэстераза для осветления фруктовых и овощных соков;
- инвертаза для получения инвертного сахара;
- пепсин для непрерывной коагуляции белков снятого молока и гидролиза казеина;
- протеазы для получения растворимых пищевых белков и повышения их усвояемости;
- плесневая аминоацилаза для разделения аминокислот Д- и L-ряда. Технология с ферментом, иммобилизованным на ДЭАЭ-сефадексе была внедрена в Японии в 1969 году.
- пенициллинамидаза и другие ферменты, катализирующие реакции модификации антибиотиков;
- лактаза для получения безлактозного молока.

Во всех случаях при решении вопроса о целесообразности использования системы с иммобилизованным ферментом учитывают следующие критерии:
1. Дешевле ли эта система по сравнению с предыдущими?
2. Является ли она более эффективной?
3. Можно ли осуществлять рассматриваемый процесс с помощью другой системы?

При аналитических исследованиях решающим фактором в выборе системы может быть выигрыш либо в стоимости, либо в эффективности. Когда речь идет об использовании в медицине, самым важным свойством системы с иммобилизованным ферментом оказывается ее более высокая эффективность по сравнению с существующими методами лечения. В случае препаративного применения основную роль играет стоимость. С практической точки зрения важной характеристикой процесса с применением иммобилизованного фермента является возможность его автоматизации.